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Die
vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Aussenden von Schall
und insbesondere Lautsprechersysteme mit einem Kegelreflektor zum Reflektieren
von Schallwellen in einem Muster, das sich aus der Form des Kegelreflektors
ergibt.
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Alle
Lautsprecher weisen in ihrem Frequenzverhalten einen Abfall auf,
wenn die Vorderseite des Lautsprechergehäuses relativ zu der Wellenlänge des
erzeugten Schalls klein wird. Dieser Abfall in der Strahlungseffektivität wird Diffraktionsverlust
genannt. Der Diffraktionsverlust verschlechtert das Frequenzverhalten
der Lautsprecher am unteren Ende, wodurch sie blechern klingen.
Hohe Töne
mit kleineren Wellenlängen
sind lauter als niedrige Töne.
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Die Übergangsfrequenz
für den
Diffraktionsverlust liegt bei einer Frequenz, bei der die halbe Wellenlänge der
kleinsten Breite der Gehäuse-Vorderseite
entspricht. Über
der Übergangsfrequenz strahlt
der Lautsprechertreiber in eine Halbkugel oder in 2 pi Radian ab.
Unterhalb der Übergangsfrequenz strahlt
der Lautsprechertreiber in eine Vollkugel oder in 4 pi Radian ab.
Der Unterschied zwischen diesen beiden Strahlungsmustern beträgt 6 Dezibel
in der Frontkeulenrichtung für
die Halbkugelstrahlung über der Übergangsfrequenz.
Die Gehäuse-Vorderseite kann
als 180°-Horn
mit einer der Breite der Gehäuse-Vorderseite entsprechenden
Grenzfrequenz betrachtet werden. Die in den Raum abgestrahlte gesamte
Schall-Leistung ist über
und unter der Übergangsfrequenz
die gleiche. Das Problem ist daher, daß der Frequenzverlauf auf der
Lautsprecherachse sehr verschieden ist von dem Frequenzverlauf neben der
Achse. Dieser Effekt tritt auch auf, wenn der Lautsprechertreiber
perfekt arbeitet. Echte Stimmen, Instrumente und Mikrophone haben
dieses Problem nicht, da sie im Vergleich zu den Frequenzen, die
sie erzeugen oder messen, akustisch klein sind.
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Ein
herkömmlicher
Mini-Lautsprecher hat zum Beispiel Gehäuse-Vorderseitenabmessungen von
4 auf 8 Zoll. Diese Abmessungen entsprechen bei halber Wellenlänge Frequenzen
von 1695 Hertz und 847 Hertz. Die Folge ist eine Frequenzstufe von 6
Dezibel genau in der Mitte des Frequenzspektrums von Sprache und
den meisten Instrumenten.
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Bei
herkömmlichen
Lautsprechern kann der Diffraktionsverlust zwar durch Addieren von
6 dB elektronischem Ausgleich korrigiert werden. 6 dB Anhebung erfordern
jedoch das Vierfache an Verstärkerleistung.
Außerdem
erfordert eine Anhebung um 6 dB eine Verdopplung des Wegs der Lautsprechermembran,
wodurch sich die Frequenzmodulationsverzerrungen auch um 6 dB erhöhen. Es
entstehen auch harmonische Verzerrungen der zweiten und dritten
Ordnung aus dem nichtlinearen BL-Produkt gegenüber der Schwingspulposition.
Es ergeben sich daraus Leistungseinbußen, mit der Folge von Änderungen
in den Lautsprecherparametern und dem Frequenzverhalten. Die Kegelfläche kann
zwar verdoppelt werden, um den Membranweg wieder auf den Einheitswert
zu bringen, die zusätzliche
Masse verringert jedoch die Erstreckung in die hohen Frequenzen,
und der größere Durchmesser
bündelt
die hohen Frequenzen stärker.
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Ein
anderes Problem ist bei herkömmlichen Lautsprechern
die Nahfeldreflektion. Die Nahfeldreflektion erzeugt Störungen durch
die geringe Verzögerungszeit
im reflektierten Schall. In Untersuchungen von Don Davis wird vorgeschlagen,
die minimale Reflektions-Zeitverzögerung auf 10 ms (oder etwa 8,85
Fuß Weglänge) zu
begrenzen, um Abbildungsprobleme zu vermeiden. Bei einem herkömmlichen Lautsprechersystem
wird in einem Abstand von der Oberfläche, auf der sich das Lautsprechersystem
befindet, ein Hochtöner
oder Hochfrequenzstrahler angebracht. An einem Hörer kommt der Schall vom Hochtöner zu zwei
verschiedenen Ankunftszeiten an. Die erste Ankunftszeit ist die
der direkten Strahlung des Hochtöners
zum Ohr und die zweite Ankunftszeit die des von der Oberfläche, auf
der sich das Lautsprechersystem befindet, reflektierten Schalls
des Hochtöners.
Die kurze Verzögerungszeit
des reflektierten Schalls verursacht ein zeitliches "Verschmieren" der hohen Frequenzen,
worunter die Verständlichkeit
und das Bild des Schalls erheblich leiden. Außerdem zeigt das Frequenzverhalten
aufgrund der Tatsache, daß die
reflektierte Welle nicht mit der direkt eingestrahlten Welle in
Phase ist, eine Delle. Wenn sich ein Hochtöner 6 Zoll über der Oberfläche eines
Tisches befindet, das hörende
Ohr 15 Zoll über der
Tischoberfläche
und das Ohr 24 Zoll vom Lautsprecher entfernt ist, gibt es eine
hörbare
Absenkung im Frequenzverhalten des Lautsprechers um den Mittelwert
1970 Hz. Dies entspricht dem Unterschied in der Weglänge von
6,9894 Zoll mit der sich daraus ergebenden Zeitverzögerung von
515 Mikrosekunden.
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Eine
zusätzliche
Quelle von Verzerrungen tritt bei deckenmontierten Lautsprechern
auf, wenn die reflektierten Schallwellen als Monosignal am Ohr ankommen.
Bei Deckenlautsprechern ist die Zeitverzögerung zwischen der direkten
Strahlung von der Decke und den von einer Oberfläche reflektierten Strahlen
relativ gering. Eine Weglängendifferenz
von 30 Zoll ergibt eine Verzögerung
von 2190 Mikrosekunden, was zu einer Delle im Frequenzverhalten
um 452 Hz führt.
Dadurch werden die Konsonanten der Sprache undeutlich, worunter
die Verständlichkeit
leidet.
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Zur
Steuerung der Hörbarkeit
von Reflektionen gibt es zwei Vorgehensweisen. Die erste und in Aufzeichnungsstudios
meistens angewendete ist das LEDE- oder Live-End-Dead-End-Verfahren. Dabei werden gerichtete
Hornlautsprecher und aufwendige akustische Raumausgestaltungen verwendet.
Die zweite Vorgehensweise, die bei der Heim-Wiedergabe verfolgt wird, nutzt das
Prinzip der diffusen Mehrfachreflektion, um singuläre oder
lautsprecherbedingte Schallreflexe zu maskieren und zu verhindern, daß sie klar
hörbar
werden.
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Auf
dem Markt befinden sich im wesentlichen sechs Verfahren, mit denen
eine diffuse Mehrfachreflektion erreicht wird. Die bekannteste Technik
ist das BOSE-Verfahren. Beim BOSE-System zeigen diskrete Treiber
in verschiedene Richtungen. Im Ergebnis wird damit zwar eine Annäherung an
eine gleichmäßige Verteilung
erreicht, aufgrund der diskreten Art ist das Strahlungsmuster der
Lautsprecher jedoch nicht über
360 Grad kontinuierlich. Durch die Wechselwirkung der einzelnen
Treiber gibt es in der horizontalen Ebene erhebliche Kammfiltereffekte.
Durch die Verwendung von mehreren Treibern bleibt auch die zeitliche
Ausrichtung über
das Frequenzband nicht erhalten. Dadurch werden das Frequenzgleichgewicht und
das Bild im Übergangsbereich
gestört.
Der reflektierte Frequenzverlauf kann daher so verzerrt sein, daß herkömmliche
Lautsprecher besser klingen als diese Anordnung.
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Die
zweithäufigste
Technik ist das Dipolarverfahren, das bei elektrostatischen und
Band-Lautsprechern wie Magnaplaner verwendet wird. Bei dieser Konstruktion
werden Lautsprecher ohne Rückwand
oder "mit offener
Rückseite" verwendet. Eine Schallausstrahlung
zur Seite wird dadurch verhindert, und der hintere Schall ist mit
dem vorderen Schall nicht in Phase. Bei niedrigen Frequenzen fällt dadurch
das Baßvolumen
unter die Wahrnehmbarkeit. Traditionell werden breite Membranen
verwendet. Diese Membranen weisen im Frequenzverlauf eine starke
Richtungsabhängigkeit
auf. Auch bei einem ausgeglichenen Frequenzverlauf erzeugt daher dieses
Strahlungsmuster keine diffusen Raumreflexe. Es gibt nur eine Reflektion
von der Rückwand,
so daß Raumechos
dadurch nicht maskiert werden können.
Dipolar-Lautsprecher erfordern auch für eine gegebene Lautstärke aufgrund
der Front/Rückseitenauslöschung das
Zehnfache der Luftvolumenverschiebung eines Box-Lautsprechers. Dipolar-Lautsprecher
sind daher sehr groß,
wenn eine höhere Lautstärke erreicht
werden soll.
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Die
dritthäufigste
Technik ist die Bipolarausstrahlung. Bei dieser Vorgehensweise werden
im wesentlichen zwei herkömmliche
Lautsprecher mit bestimmten Übergangseigenschaften
Rücken
an Rücken
angeordnet. Dieses Design wurde zuerst von Mirage populär gemacht,
es beruht auf Arbeiten des Canadian National Research Councils.
An der Vorderseite und der Rückseite
des Lautsprechergehäuses
werden mehrere Treiber plaziert, die in Phase betrieben werden.
Die Anzahl der Membranen und die Form des Gehäuses verursacht einen sehr
nichtlinearen Frequenzverlauf auf den Seiten der Lautsprecher. Der
direkte Weg der hinteren Lautsprecher windet sich um das Gehäuse und
verbindet sich mit dem vorderen Schall. Das Ergebnis ist ein großer Buckel im
Frequenzverlauf. Der vertikale Versatz der Treiber verursacht vertikale
Keulenfehlerprobleme.
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Bei
der vierthäufigsten
Vorgehensweise wird ein Reflektorkegel mit einer bestimmten Geometrie verwendet.
Die Reflektorkegel wurden mit den verschiedensten Geometrien versehen.
Zum Beispiel wurden Reflektorkegel mit gekrümmten Seiten verwendet, um
einen laminaren Luftstrom zu erreichen und um den Schall in der
vertikalen Ebene zu verteilen. Bei einer solchen Vorgehensweise
werden jedoch etwa 25 Prozent des Schalls in den Lautsprecher zurück reflektiert.
Außerdem
ist die Hochfrequenzenergie unter die horizontale Ebene des Lautsprechers
gerichtet, da die Geometrie des gekrümmten oberen Kegels bei den
meisten Konstruktionen einen Innenwinkel von weniger als 90 Grad
einschließt.
Dies führt
zu sekundären
Nahfeldreflektionen. Wenn die gekrümmte Geometrie des oberen Kegels
Krümmungen
mit zu geringem Durchmesser und Innenwinkel von mehr als 90 Grad
umfaßt,
wird der Schall zurück
in den Lautsprecher gerichtet, wodurch sich sekundäre Reflexe
mit einer erheblichen Frequenzmodulationsverzerrung und Kammfilterung ergeben.
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Außerdem neigen
die gekrümmten
Reflektorkegel dazu, zu viel Energie zur Decke zu richten. Zum Beispiel
wird, wenn der gekrümmte
Reflektorkegel Winkel von mehr als 135 Grad einschließt, die
Energie gerichtet unter einem Winkel von mehr als 45 Grad über der
horizontalen Ebene abgestrahlt. Die unter diesem Winkel abgestrahlte
Energie kann an der Decke reflektiert werden, bevor sie vom Hörer gehört wird,
so daß ein
Reflektionsproblem entsteht. Die gekrümmte Oberfläche verursacht darüberhinaus
bei den hohen Frequenzen viele verschiedene Phasenverzögerungen,
durch die das Übergangsverhalten
verschmiert wird und sich der Hochfrequenzausgang und das räumliche
Bild verschlechtern.
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Das
am 19. Oktober 1937 an Moore ausgegebene
US-Patent Nr. 2 096 192 beschreibt
die Verwendung eines Reflektorkegels mit geraden Seiten. Der Kegelreflektor
sitzt auf einer Prallwand. Die Prallwand und der Kegelreflektor
wirken derart zusammen, daß der
Schall vom Lautsprecher nach außen und
unten gerichtet wird.
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Das
am 6. Mai 1965 an Kammerer ausgegebene
deutsche Patent Nr. 1 192 259 beschreibt
die Verwendung eines Kegelreflektors mit einem oder mehreren Innenwinkeln
und sowohl geraden als auch gekrümmten
Seiten.
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Die
europäische Patentanmeldung Nr. 0
605 224 von Saitoh (veröffentlicht
am 7. Juni 1994) beschreibt einen Kegelreflektor, bei dem ein laminarer Fluß dazu verwendet
wird, den Schall von einem Lautsprechertreiber sowohl aus einer
ersten Öffnung in
einem Formgehäuse
als auch durch einen hornförmigen
Durchlaß durch
eine andere solche Öffnung auszugeben.
Saitoh beschreibt, daß sich
die Form des Reflektors von der einen zur anderen Seite als Funktion
der aus jeder Öffnung
abgestrahlten Schallqualität
unterscheidet.
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Die
fünfte
Art eines Lautsprechers mit 360 Grad Abstrahlung nutzt die hintere
Abstrahlung eines sehr speziellen Vollbereich-Lautsprechertreibers aus,
dessen Reflektorkegel einen sehr kleinen Innenwinkel von nur 45
Grad aufweist. Es ist dies das berühmte Lincoln-Walsh-Design,
das von OHM Acoustics hergestellt wird. Bei diesem auf dem Boden
stehenden System ist der Treiber an der Oberseite der Box in Ohrhöhe angebracht,
wobei die Vorderseite des Treibers in die Box hinein zeigt. Der
Hörer hört die Rückseite
des sich bewegenden Lautsprecherkegels, der in der horizontalen
Ebene 360 Grad abstrahlt, ausgenommen die hohen Frequenzen, die durch
die akustische Ausgestaltung in den hinteren 180 Grad absorbiert
werden. Die Konstruktion weist einen gewissen Diffraktionsverlust
auf, der jedoch teilweise durch die erforderliche Hochfrequenzwirkung
des Vollbereichtreibers ausgeglichen wird. Bei weniger aufwendigen
Konstruktionen von OHM wird ein separater herkömmlicher Dom-Hochtöner verwendet,
der nach vorne zeigt und der sich mit einem herkömmlichen Baß/Mitteltontreiber überschneidet, der
in der Walsh-Konfiguration angeordnet ist. Bei dieser Anordnung
mit zwei Treibern ist die Richteigenschaft über und unter dem Übergangspunkt grundlegend
verschieden.
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Die
sechste Art eines Lautsprechers mit 360 Grad Abstrahlung besteht
aus aufeinandergestellten pulsierenden Zylindern, etwa den deutschen MBL-Lautsprechern.
Diese weisen eine 360-Grad-Abstrahlung mit rundum identischer Frequenz
und Lautstärke
auf.
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Der
vertikale Versatz der Hoch-, Mittel- und Baßtreiber führt jedoch zu erheblichen horizontalen Keulenfehlern
im Frequenzverlauf. Auch bei dieser Konstruktion gibt es einen Diffraktionsverlust.
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Es
ist klar, daß die
bisher verwendeten Lautsprecherkonstruktionen die obigen Probleme
nicht lösen,
in allen Richtungen der horizontalen Ebene einen identischen Frequenzverlauf
und eine identische Lautstärke
zu erhalten. Erforderlich sind ein System und ein Verfahren zum
gleichmäßigen Abstrahlen von
Schallenergie mit einem identischen Frequenzverlauf in allen Richtungen
der horizontalen Ebene.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Entsprechend
den Zielen der vorliegenden Erfindung werden Lautsprechersystemkombinationen
gemäß den Patentansprüchen 1,
2 und 3 geschaffen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In
den beiliegenden Zeichnungen sind der Stand der Technik und einige
der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines bekannten Kegelreflektor/Koppler-Tisch-Lautsprechersystems;
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2 eine
Aufsicht auf das Kegelreflektor/Koppler-Tisch-Lautsprechersystem,
das ein 360-Grad-Strahlungsmuster zeigt;
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3A–D Seitenansichten
von Kegelreflektoren/Kopplern, die bei den Lautsprechersystemen der 1 und 3 verwendet werden können, wobei die 3A eine
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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4A und 4B eine
Aufsicht bzw. Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kegelreflektors,
der bei dem Lautsprechersystem der 1 verwendet
werden kann, wobei der Kegelreflektor einen Innenwinkel aufweist,
der sich entsprechend der Richtung ändert, in die der Schall in
der Horizontalen abgestrahlt werden soll;
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5A und 5B eine
Aufsicht bzw. Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Kegelreflektors,
der bei dem Lautsprechersystem der 1 verwendet
werden kann;
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6A und 6B eine
Aufsicht bzw. Seitenansicht eines bekannten Kegelreflektors, der
bei dem Lautsprechersystem der 1 verwendet
werden kann, wobei der Kegelreflektor mehrere verschiedene Innenwinkel
aufweist, um den Schall in der horizontalen Ebene in einem bestimmten
Muster zu verteilen;
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7 eine
Seitenansicht eines bekannten Kegelreflektor/Koppler-Lautsprechersystems
zur Wandmontage;
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8 eine
Vorderansicht des Kegelreflektor/Koppler-Lautsprechersystems zur
Wandmontage;
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9A und 9B eine
Aufsicht bzw. Seitenansicht eines bekannten Kegelreflektors, der
bei den Lautsprechersystemen der 7 und 8 verwendet
werden kann, wobei der Kegelreflektor Innenwinkel aufweist, die
sich entsprechend der Richtung ändern,
die der Schall in der horizontalen Ebene abgestrahlt werden soll;
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10A und 10B eine
Aufsicht bzw. Seitenansicht eines Kegelreflektors, der einen Teil der
Erfindung bildet und der bei den Lautsprechersystemen der 7 und 8 verwendet
werden kann;
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11A und 11B eine
Aufsicht bzw. Seitenansicht eines bekannten Kegelreflektors, der bei
den Lautsprechersystemen der 7 und 8 verwendet
werden kann, wobei der Kegelreflektor mehrere verschiedene Innenwinkel
aufweist, um den Schall in der horizontalen Ebene in einem bestimmten
Muster zu verteilen; und
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12A und 12B eine
Aufsicht bzw. Seitenansicht eines Reflektor/Koppler-Lautsprechersystems
zur Anbringung im Gehäuse
eines Fernsehers.
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In
der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
erfolgt ein Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil
davon bilden und in denen beispielhaft bestimmte Ausführungsformen
gezeigt sind, wie die Erfindung ausgeführt werden kann. Dies ist so
zu verstehen, daß auch
andere Ausführungsformen
verwendet werden können
und daß strukturelle Änderungen
erfolgen können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie er in
den anhängenden
Patentansprüchen
definiert ist.
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Wie
oben angegeben gibt es bei den herkömmlichen Lautsprechern viele
Mängel,
die, um einen besseren Ton zu erhalten, abgestellt werden müssen. Dies
kann dadurch erfolgen, daß die
Nahfeldreflektionen und der Diffraktionsverlust verringert werden,
oder dadurch, daß die
Lautsprecher für
eine optimale horizontale Verteilung und eine kontrollierte vertikale
Verteilung ausgelegt werden. Die reale Sprache und reale Instrumente
weisen ein 360-Grad-Verteilungsmuster auf und strahlen auf den Hörer sowie
die Wände
eines Raums einen überall
identischen Frequenzverlauf und eine identische Lautstärke aus. Über die
letzten 15 Jahre hat es mehrere psychoakustische Studien gegeben,
die zeigen, wie die Abhängigkeit
der Frequenz von der Richtung eines Lautsprechers die wahrgenommene
Schallqualität
und die Verständlichkeit
der Sprache beeinflussen. Dies ist wichtig, da das Gehirn die aus
allen Richtungen erhaltenen Töne
integriert, die direkt erhaltenen plus alle Wandreflexe, um festzustellen, was
es hört
und von wo der Schall kommt. Das menschliche Gehirn lernt, wie echte,
lebende Stimmen klingen, und versucht daher, die Töne eines Lautsprechers
an dieses gelernte Modell anzupassen. Der Lautsprecher kann nur
dann real klingen, wenn er in einem Raum die Töne auf die gleiche Weise erzeugt
wie das Original. Der ultimative Lautsprecher weist daher in allen
Richtungen einen identischen Frequenzverlauf auf. Der Einfluß der Richteigenschaft,
gemessen als die Tonlautstärke
auf der Achse in Abhängigkeit
vom Verhalten neben der Achse, wird jedoch noch heiß diskutiert.
Es besteht eine allgemeine Übereinstimmung
darüber,
daß, je
größer ein
Raum ist, um so gerichteter ein Lautsprecher sein soll, um die Nachhallenergie
und die Echos unter Kontrolle zu halten. In Sälen sollten demnach enge Hörner verwendet
werden. Die Forschungen von Floyd E. Toole des Canadian National
Research Councils legen nahe, daß in den vergleichsweise kleinen Heim-Wohnzimmern
die Richtwirkung so gering wie möglich
sein sollte, um den natürlichen
Ton zu erhalten. In einem kleinen Raum gibt es keinen Nachhall, und
die Echos können
durch eine breite und gleichmäßige Schallverteilung
maskiert werden.
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In
der 1 ist ein Lautsprechersystem gezeigt, das eine
solche breite und gleichmäßige Schallverteilung
zeigt. In der 1 umfaßt der Lautsprecher 10 einen
Lautsprechertreiber 12, einen Kegelreflektor/Koppler 14 und
ein Gehäuse 16.
Der Lautsprechertreiber 12 ist im Gehäuse 16 angeordnet.
Das Gehäuse 16 ist
derart mechanisch mit dem Kegelreflektor/Koppler 14 verbunden,
daß die
vom Lautsprechertreiber 12 erzeugten Schallwellen vom Kegelreflektor/Koppler 14 wegreflektiert
werden. In einem Fall ist der Kegelreflektor/Koppler 14 etwa senkrecht
zu der Vorderseite des Lautsprechertreibers 12 angeordnet,
so daß der
Schall gleichmäßig über die
360 Grad der horizontalen Ebene abgestrahlt wird. In einem anderen
Fall ist der Kegelreflektor/Koppler 14 aus der Senkrechten
geneigt, um den Schall in einem gewünschten Muster abzustrahlen.
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In
der 1 wird bei dem Lautsprecher 10 eine ebene
Fläche 18 wie
ein Tisch oder eine Arbeitsfläche
als scheinbare Gehäusefläche verwendet. Eine
mittlere Arbeitsfläche
mißt 32
Zoll auf 72 Zoll. Diese Abmessungen entsprechen Halbwellenlängenfrequenzen
von 212 Hertz und 94 Hertz. Dies liegt in der Nähe der Untergrenze für Sprache
und die meisten Instrumente, mit der Folge eines flachen akustischen
Frequenzverhaltens über
den ganzen Sprachbereich. Die Minus-6-Dezibel-Frequenz liegt bei
106 Hertz und damit unter der Übergangsfrequenz
von einem Miniatur-Tischlautsprecher zu einem Subwoofer. In einem
guten Übergangsnetzwerk würde man
diesen Frequenzübergang
bei der Konstruktion berücksichtigen
und ihn nahtlos ausgestalten. Auch kleine Lautsprecher können dann
am unteren Ende gut klingen.
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Die
Wirksamkeit der Ankopplung an die Tischoberfläche kann durch Anheben des
Lautsprechers 10 vom Tisch oder der Arbeitsfläche demonstriert
werden. Im Niederfrequenzbereich ist akustisch eine dramatische
Abnahme festzustellen, wenn das System von der Tischoberfläche gehoben
wird. Keine der beim Stand der Technik diskutierten Kegelkonstruktionen
berücksichtigt
die Ankopplung niedriger Frequenzen an eine Oberfläche, um
die Frequenz des Diffraktionsverlustes abzusenken.
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Die
Verwendung der Tischfläche
als scheinbares Lautsprechergehäuse
ergibt bei gleicher Verstärkerleistung
einen volleren Ton. Der Grund dafür ist, daß die Tischfläche die
Frequenzen am unteren Ende verstärkt,
so daß das
Frequenzverhalten des Lautsprechers am unteren Ende erweitert wird
und der Frequenzbereich verringert wird, der von einem Baß-Lautsprecher
abgedeckt werden muß.
Im Betrieb wird das 2-pi-Radian-Strahlungsmuster
bei der kürzesten
Abmessung der Tischfläche
erhalten, so daß die
Stufe des Diffraktionsverlustes zu einer niedrigeren Frequenz hin
verschoben wird, die unterhalb des Sprachbereichs liegt und auch
unterhalb der Übergangsfrequenz
zu einem separaten Subwoofer.
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Wie
erwähnt
müßte die
Verstärkerleistung um
das Vierfache erhöht
werden, um mit einem herkömmlichen
Lautsprecher das gleiche Ergebnis zu erhalten. Durch die Ankopp lung
an die Tischfläche erreicht
der Lautsprecher mit 10 Watt das gleiche Ergebnis wie ein herkömmlicher
Lautsprecher, der mit 40 Watt Leistung betrieben wird.
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Bei
dem in der 1 gezeigten Fall erzeugt der
Lautsprecher 10 eine 360-Grad-Abstrahlung der Schallwellen mit einem
nahezu identischen Frequenzverlauf und einer nahezu identischen
Lautstärke
in allen Richtungen der horizontalen Ebene. Die für den Kegelreflektor/Koppler 14 gewählte Geometrie
und die Verwendung des Kegelreflektors/Kopplers 14 mit
einem Vollbereich- oder koinzidenten Lautsprechertreiber 12 machen
dies möglich.
In der 1 ist der Kegelreflektor/Koppler 14 ein
Kegel mit einem Innenwinkel von 90 Grad. Eine solche Kegelgeometrie
reflektiert den Schall längs
der Oberseite des Tisches oder der Arbeitsfläche. Eine polare Darstellung
der Schallverteilung des Lautsprechers 10 der 1 ist
in der 2 gezeigt.
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Im
Gegensatz zu der in der 2 gezeigten Verteilung weisen
andere herkömmliche
Lautsprecher aufgrund der Verwendung von separaten Treibern mit
verschiedenen Größen für die Erzeugung von
verschiedenen Frequenzbändern
eine sehr unregelmäßiges Frequenzverhalten
in Abhängigkeit
von der Richtung auf. Das Frequenzverhalten neben der Achse wird
durch den vertikalen Versatz der Treiber und die sich ergebenden
Interferenzmuster oder Keulenfehler im Übergangsbereich dazwischen
weiter verschlechtert. Für
jede Frequenz ist die Wellenlänge
gegen die Membrangröße unterschiedlich,
so daß die
Richteigenschaft für
jede Frequenz eine andere ist. Dies ist besonders bei der Übergangsfrequenz
ein Problem, bei der sich in der Regel eine akustisch sehr große Membran
oberhalb an eine akustisch sehr kleine Membran unterhalb anschließt.
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Bei
dem Kegelreflektor/Koppler-Lautsprecher der 1 treten
alle diese Fehler isoliert in der vertikalen Ebene auf, in der die
Ohren wesentlich weniger empfindlich sind und der Raum weniger reflektierte
Energie zurückgibt.
Es wird ein Vollbereich- oder koinzidenter Lautsprechertreiber verwendet,
so daß es
um die Übergangsfrequenzen
herum keine vertikalen Keulenfehler gibt. Die vertikalen Frequenzfehler
bestehen nur aus einem kleinen Abfall im Frequenzverlauf, wenn man
sich von der Horizontalen um 90 Grad nach oben oder unten bewegt.
Das Kegelprofil und der Umfassungsdurchmesser bestimmen die vertikale
Verteilung der hohen Frequenzen. Die Abmessungen und die Geometrie
können
so eingestellt werden, daß die
hohen Frequenzen so fokussiert werden, wie es bestimmte Anwendungen
erfordern.
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Im
Gegensatz zu einem herkömmlichen Lautsprechertreiber
in einem Lautsprecher wie dem Lautsprecher 10 der 1 wird
darüberhinaus
die Oberfläche
des Tisches zum Vorteil des Lautsprechers 10 verwendet.
Bei einem herkömmlichen
Lautsprechersystem befindet sich ein Hochtöner oder Hochfrequenzstrahler
in einigem Abstand über
der Oberfläche,
auf der das Lautsprechersystem steht. Beim Zuhören gibt es zwei Ankunftszeiten
für den vom
Hochtöner
kommenden Schall. Die erste Ankunftszeit ist die der direkten Strahlung
des Hochtöners
zum Ohr und die zweite Ankunftszeit die des von der Oberfläche, auf
der das Lautsprechersystem steht, reflektierten Hochtönerschalls.
Die kurze Verzögerungszeit
des reflektierten Schalls verursacht ein zeitliches "Verschmieren" der hohen Frequenzen, was
die Verständlichkeit
und das "Bild" vom Ton verringert.
Außerdem
gibt es, da die reflektierte Welle nicht mit der direkt eingestrahlten
Welle in Phase ist, eine Delle im Frequenzverlauf. Wenn sich ein
Hochtöner
6 Zoll über
der Oberfläche
eines Tisches befindet, das zuhörende
Ohr 15 Zoll über
der Oberfläche des
Tisches und das Ohr 24 Zoll vom Lautsprecher entfernt, gibt es eine
hörbare
Delle im Frequenzverlauf des Lautsprechers um den Mittelwert 1970
Hz. Dies entspricht dem Unterschied in der Weglänge von 6,9894 Zoll, mit der
Folge einer Zeitverschiebung von 515 Mikrosekunden.
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Bei
dem Reflektorkegellautsprecher der 1 wird zuerst
aller Schall vom Kegelreflektor/Koppler 14 reflektiert,
der sich auf der Oberfläche des
Tisches befindet. Es gibt nur einen möglichen Weg für den Schall,
zum Ohr zu gelangen.
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Bei
dem Lautsprecher 10 der 1 weisen die
Reflektionen von den Wänden
des Raums eine relativ lange Verzögerungszeit auf und sind aufgrund der
Vielfalt der Weglängen
und Richtungen sehr diffus. Diese Kombination erzeugt eine sehr
große Schallbühne, die
scheinbar keine Begrenzungen hat wie bei herkömmlichen Lautsprechern. Der
stark diffuse, zeitverzögerte
Schall bringt die Musikausübenden "in den Raum zu Ihnen", statt sie wie bei
herkömmlichen
Lautsprechern "dort
an die Wand" zu bringen.
Es gibt ein starkes Gefühl
der "Umgebung", da der ursprünglich aufgezeichnete
Ort klar durch die zuhörende
Raumakustik dringt.
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Die
360-Grad-Verteilung des Lautsprechers 10 kann bei bestimmten
Anwendungen vorteilhaft angewendet werden. Wenn zum Beispiel in
Konferenzräumen
herkömmliche
Lautsprecher verwendet werden, müssen
sie an einem Ende des Raumes plaziert werden, um die Richtwirkung
der Lautsprecher auszunutzen. Da der Lautsprecher 10 im
Gegensatz dazu einen nahezu identischen Frequenzverlauf und eine
nahezu identische Lautstärke
in allen Richtungen der horizontalen Ebene aufweist, kann der Lautsprecher 10 in
der Mitte des Tisches statt an einem Ende angeordnet werden, und
alle Leute, die um den Tisch sitzen, hören eine identische Lautstärke und
einen identischen Frequenzverlauf. Da sich die Lautsprecher 10 im
Mittel näher
an den Hörern
befinden, kann deren Lautstärke
etwa 3 Dezibel niedriger sein (was die Hälfte der Verstärkerleistung
für eine
gegebene Lautstärke
am Ohr des Hörers
darstellt). Das Ergebnis ist eine wesentlich verbesserte Verständlichkeit
der Präsentation.
Bei dieser Anwendung weisen herkömmliche
Lautsprecher einen Fehler von 12 Dezibel in der Frequenz und im
Volumen auf.
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Kegelreflektor/Koppler-Lautsprecher
wie der Lautsprecher 10 können auch dazu verwendet werden,
an der Decke montierte Lautsprecher zu ersetzen. An der Decke montierte
Lautsprecher zeigen Reflektionen, die als Monosignal am Ohr ankommen. Dies
ist der große
Vorteil, den der Lautsprecher 10 über an der Decke montierte
Lautsprecher aufweist. Deckenlautsprecher weisen eine relativ kurze
Zeitverzögerung
zwischen der direkten Strahlung von der Decke und der an einer Tischfläche reflektierten Strahlung
auf. Ein Weglängenunterschied
von 30 Zoll ergibt eine Verzögerung
von 2190 Mikrosekunden, was zu einer Delle im Frequenzverlauf um
452 Hz führt.
Die Konsonanten der Sprache werden dadurch verwaschen, was die Verständlichkeit
verringert.
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Im
Vergleich zu einem Deckenlautsprecher ist die Reflektion bei dem
Kegelreflektor/Koppler-Lautsprecher 10 stark verzögert und
gedämpft. Die
Weglänge
zur Decke und dann zum Ohr beträgt etwa
132 Zoll. Die sich ergebende Zeitverzögerung von 9636 Mikrosekunden
ergibt eine Schalldepression um den Mittelpunkt 102 Hz. Dies liegt
weit unter der aus einem kleinen Tischlautsprecher kommenden Sprache
(sie sollte sowieso bei 100 bis 150 Hz auf einen am Boden befindlichen
Subwoofer übergegangen
sein).
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Durch
das Steuern der vertikalen Richteigenschaft des Reflektors über das
Profil des Kegelreflektors/Kopplers kann sichergestellt werden,
daß der zur
Decke gestrahlte Schall relativ zu dem Schall auf der Achse des "besten Punktes" der von der Geometrie
des Kegels definiert wird, um mehrere dB abgeschwächt ist.
In den meisten Situationen wird der Schall, der an der Decke reflektiert
wird, relativ zu der direkten Strahlung durch auf die Decke aufgebrachte akustische
Dämpfungsmittel
abgeschwächt,
während
Tischoberflächen
wie die Oberfläche 18 keine solchen
akustischen Dämpfungsmittel
aufweisen.
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Geometrisches Profil des Tischreflektors/Kopplers
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Der
Kegelreflektor/Koppler 14 weist ein sehr spezielles geometrisches
Profil auf, um die Richteigenschaft und die Kohärenz von hochfrequentem Schall
zu steuern, wodurch die Wahrnehmung direkt beeinflußt wird.
In den 3 bis 6 sind
beispielhaft einige geometrische Profile gezeigt, die vorteilhaft bei
Tischlautsprechersystemen verwendet werden können.
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Bei
der in der 3A gezeigten Ausführungsform
ist der Kegelreflektor/Koppler 14 mit einer Stufe mit zwei
Winkeln versehen. Der obere Teil des Kegels weist einen Innenwinkel
von 90 Grad auf und ist dafür
vorgesehen, den aus dem Lautsprecher austretenden Schall in der
Richtung parallel zur Tischoberfläche und nach außen zu den
Wänden
des Raumes zu reflektieren, um so die weiter entfernten Hörer anzusprechen
und ein symmetrisches Raumecho zu erzeugen. Der untere Teil des
Kegels weist einen Innenwinkel von 135 Grad auf und ist dafür vorgesehen,
den aus dem Lautsprecher austretenden Schall von der Tischfläche in einem
um 45 Grad zentrierten Winkel gegenüber der Horizontalen zu den
Ohren von Hörern
in der Nähe
zu reflektieren, die sich über der
Höhe der
Lautsprecher befinden. Der Übergangspunkt
am Kegel 14 zwischen den Innenwinkeln von 90 und 135 Grad
wird so gewählt,
daß kein Schall
zum Lautsprecher oder zu der Wand am Boden des Gehäuses zurückreflektiert
wird. Das heißt, daß eine senkrecht
zur Seite des Kegels 14 gezeichnete Linie das Gehäuse 16 oder
den Lautsprechertreiber 12 nicht schneiden sollte.
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Die
Oberfläche
des Kegelreflektors/Kopplers 14 muß so geformt sein, daß Reflektionen
zurück
in den Lautsprechertreiber 12 oder das Gehäuse 16 verhindert
werden. Die normale Hörachse
(d.h. der direkte Weg zu den Ohren des Hörers) liegt zwischen der Parallelen
zur Tischfläche 18 und
etwa 45 Grad über
der Tischfläche 18.
Der Kegelreflektor/Koppler 14 sollte so konstruiert sein,
daß seine
Energie zwischen diesen Winkeln konzentriert ist, um das Volumen
zu maximieren und sekundäre
Reflexe zu verhindern.
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In
den 3B bis 3D sind
andere Kegelreflektor/Koppler-Konstruktionen gezeigt. Bei dem Kegelreflektor/Koppler
der 3B variiert der effektive Innenwinkel längs einer
kontinuierlichen Kurve von 90 bis 135 Grad. In diesem Fall ist die
Kurve des Kegelreflektors/Kopplers 14 ein Kreisbogen mit
dem Radius R, wobei R = 1,5·D
ist und D die Breite des Gehäuses 16.
Ein solcher Aufbau ergibt akzeptable Richteigenschaften im Bereich
von 0 bis 45 Grad über
der Tischfläche 18.
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Im
Gegensatz dazu weist der Lautsprecher 10 der 3C mit
einem Krümmungsradius
R = D/2 eine minimale Richtwirkung auf.
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Ferner
kann, wie bei dem Lautsprecher 10 der 3D gezeigt
ist, der 135-Grad-Innenwinkel der 3A durch
ein gekrümmtes
Segment ersetzt werden, das einen Innenwinkel von 135 bis 180 Grad abdeckt.
Ein solches hybrides Kegel/Krümmungsdesign
hat negative Achsenrichtungseigenschaften.
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In
manchen Fällen
ist eine symmetrische Balance in allen Richtungen keine wünschenswerte
Eigenschaft. Zum Beispiel kann manchmal eine bestimmte Richtwirkung
erforderlich sein, um die akustischen Eigenschaften eines Raumes
auszugleichen oder um eine bestimmte Anwendung zu erreichen.
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In
den 4A, 4B, 5A, 5B, 6A und 6B ist
ein Satz von Kegelreflektoren/Kopplern 14 gezeigt, bei
denen die Balance nicht in allen Richtungen identisch ist. Die 4A und 4B zeigen
einen Kegelreflektor/Koppler 14 von oben und von der Seite,
der dazu verwendet wird, die Schallenergie in keinem gleichmäßigen Muster
zu verteilen. Wie in den 4A und 4B zu
sehen ist, kann der Kegelreflektor/Koppler 14 einen seitlichen
Versatz, einen Innenwinkel 30 von etwa 90 Grad und einen
Innenwinkel 32 von etwa 135 Grad aufweisen. Der gezeigte
Kegelreflektor/Koppler 14 ergibt eine vertikale Verteilung
im Bereich von 0 bis 45 Grad und eine horizontale Verteilung, bei
der die meiste Energie in einem Bogen von 270 Grad konzentriert
ist. Ein solcher Kegelreflektor/Koppler kann in den Tischlautsprechern
der 1 und 2 verwendet werden.
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Der
Kegelreflektor/Koppler 14 der 5A und 5B weist
einen seitlichen Versatz und zwei Innenwinkel 30 und 32 auf.
Im Gegensatz zu dem Kegelreflektor/Koppler der 4A und 4B ergibt der
gezeigte Kegelreflektor/Koppler 14 eine vertikale Verteilung
im Bereich von 0 bis 45 Grad und eine horizontale Verteilung, bei
der die meiste Energie in einem Bogen von 120 Grad konzentriert
ist. Ein solcher Kegelreflektor/Koppler kann ebenfalls in den Tischlautsprechern
der 1 und 2 verwendet werden.
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Wie
in den 6A und 6B gezeigt,
kann auch ein Kegelreflektor/Koppler 14 mit drei Innenwinkeln 40, 42 und 44 von
etwa 45, 90 und 135 Grad geschaffen werden. Bei einem solchen Aufbau
wird die Schallenergie im vertikalen Bereich zwischen ±45 Grad
und in horizontaler Richtung über
120 Grad verteilt.
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Eine
beispielhafte Anwendung von asymmetrischen Kegeln sind Nahfeldmonitor-Lautsprecher auf
einer Konsole in einem Aufzeichnungsstudio oder Nahfeldmonitore
in einem Wohnzimmer. Diese Lautsprecher befinden sich in der Regel
innerhalb von 3 Fuß zum
Ohr und über
6 Fuß entfernt
von den nächsten
Wanden. Da relativ zu dem Schall auf der direkten Achse das von
den Wänden
zurückkommende diffuse
Schallfeld auf einem niedrigen Pegel ist, wirken verschiedene Frequenverlaufskurven
am besten für
den direkt auf der Achse eingestrahlten Schall und für den diffusen
Schall, der in den Rest des Raumes gestrahlt wird. En asymmetrischer
Kegel kann einen flachen ±1
dB-Frequenzverlauf zwischen 20 Hz und 20 kHz auf einen Nahfeldhörer in der
Achse richten und für
den Rest des Raumes ein raumabhängiges Frequenzverhalten
mit abgeschnittenen hohen Frequenzen zeigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen,
bei denen viele Lautsprecher in verschiedene Richtungen zeigen,
kann mit dem asymmetrischen Kegel der Übergang zwischen den beiden
richtungsabhängigen
charakteristischen Kurven sehr allmählich erfolgen, so wie es bei
natürlichem Schall
der Fall ist. Da der ganze Schall von einem einzigen punktartigen
Lautsprechertreiber kommt, gibt es keine richtungsabhängigen Keulenfehler
im Frequenzverlauf wie bei der herkömmlichen Anordnung von vielen
Treibern.
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Es
ist offensichtlich, daß für besondere
akustische Probleme eine Vielzahl von Kegelreflektor/Koppler-Formen
verwendet werden kann. Der Vorteil der Verwendung eines Kegelreflektor/Kopplers
wie in den 1 bis 6 gezeigt
ist, daß eine
Vielzahl von Problemen dadurch behandelt werden kann, daß zuerst
die gewünschte
akustische Verteilung bestimmt wird und dann diese gewünschte akustische
Verteilung auf das für
den Kegelreflektor/Koppler verwendete Profil übertragen wird. Das Ergebnis
ist ein sehr gut einstellbares Lautsprechersystem.
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Wandlautsprecher
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Kegelreflektoren/Koppler
können
vorteilhaft auch bei Wandlautsprechern verwendet werden. In den 7 und 8 ist
ein repräsentativer
Wandlautsprecher 50 von der Seite bzw. von vorne gezeigt. Der
Lautsprecher 50 umfaßt
einen Lautsprechertreiber 52, einen Kegelreflektor/Koppler 54 und
ein Gehäuse 56.
Der Lautsprechertreiber 52 ist im Gehäuse 56 angeordnet
und das Gehäuse 56 mechanisch
derart mit dem Kegelreflektor/Koppler 54 verbunden, daß die vom
Lautsprechertreiber 52 erzeugten Schallwellen vom Kegelreflektor/Koppler 54 wegreflektiert
werden.
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Geometrisches Profil des Wand-Kegelreflektors/Kopplers
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Für die Ankopplung
an eine vertikale Oberfläche
wie eine Wand wird der Kegelreflektor/Koppler 54 um 90
Grad zu der Oberfläche
gedreht (er steht dann immer noch senkrecht zu der Fläche des
Lautsprechertreibers), parallel zum Boden ausgerichtet und stellt
einen Halbkegel dar. In den 10A und 10B ist ein solches Halbkegeldesign gezeigt. Bei einer
Anordnung in der optimalen Höhe
von 40 bis 48 Zoll über
dem Boden (so daß sich
die Lautsprecher auf Ohrhöhe
befinden) weist das Kegelprofil bei einer solchen Ausführungsform
einen einzigen Innenwinkel von 90 Grad auf. Ein solches Kegelprofil
weist 90-Grad-Seiten 60 und 62 auf,
die mit einem Halbkegel 64 verbunden sind. Der Halbkegel 64 weist
einen Innenwinkel von 90 Grad auf. Das in den 9A und 9B gezeigte
Kegelprofil ist dahingehend einmalig, daß es dafür vorgesehen ist, einen identischen Frequenzverlauf
und ein identisches Volumen über die
180-Grad-Halkugel der Wandebene zu erzeugen und Nahfeldreflektionen
zu beseitigen. Dieses Strahlungsmuster stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber den
herkömmlichen
Wandlautsprechern dar, deren Richteigenschaften sich mit der Frequenz ändern. Der
Kegelreflektor/Koppler 54 der 9A und 9B ergibt
eine vertikale Verteilung von ±20 Grad.
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In
den 10A und 10B ist
ein alternativer Kegelreflektor/Koppler 54 gezeigt, der
bei dem Lautsprecher 50 verwendet werden kann. In der 10A wurden die Seiten der 9A mit
90 Grad ersetzt durch einen Kegelstumpf mit einem Innenwinkel 66 von
90 Grad. Dieser Kegel geht an der Stelle, an der die Reflektionen
von Kegel 54 aus dem Gehäuse 56 austreten,
in einen Kegel 68 mit einem Innenwinkel von 135 Grad über. Der
Kegelreflektor/Koppler der 10A und 10B ergibt eine horizontale Verteilung von 120
Grad und eine vertikale Verteilung zwischen –20 und +45 Grad.
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In
den 11A und 11B ist
ein weiterer alternativer Kegelreflektor/Koppler 54 gezeigt,
der bei dem Lautsprecher 50 verwendet werden kann. In der 11A wurde der Kegel 66 der 10A und 10B mit
einem Innenwinkel von 90 Grad ersetzt durch einen Kegel 70 mit
einem Innenwinkel von 45 Grad, der mit einem Kegelstumpf 72 mit
einem Innenwinkel von 90 Grad verbunden ist. Der Kegel 72 geht an
der Stelle, an der die Reflektionen vom Kegel 54 aus dem
Gehäuse 56 austreten,
in einen Kegel 74 mit einem Innenwinkel von 135 Grad über. Der
Kegelreflektor/Koppler der 11A und 11B ergibt eine horizontale Verteilung von 120
Grad und eine vertikale Verteilung zwischen –45 und +45 Grad.
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Eine
ideale Anwendung des 180-Grad-Strahlungsmusters des Kegelreflektors/Kopplers 54 der 9A und 9B sind
die hinteren Lautsprecher eines Dolby- oder THX-Theatersystems für professionelle
Theater und Heimtheater. Die Anforderungen an ein THX-Heimtheater
umfassen bipolare Lautsprecher für
die hinteren Surround-Kanäle,
um "die Schallverteilung
und entfernte sekundäre
Reflektionen zu maximieren und dadurch den Ort der Lautsprecher
zu maskieren". Das 180-Grad-Strahlungsmuster
des Wand-Kegelreflektor/Kopplers
weist gegenüber
Bipolar-Lautsprechern überlegene
Richteigenschaften auf und erfüllt
die Anforderungen des THX-Designs vollständig.
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Andere Anordnungen
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In
den 12A und 12B ist
in einer Ansicht von vorne bzw. von oben ein weiteres Kegelreflektor/Koppler-Lautsprechersystem
gezeigt, das im Gehäuse
eines Fernsehers untergebracht wird. Im Lautsprecher 140 der 12A und 12B richten die
Lautsprechertreiber 142 und 144 den Schall auf den
Kegelreflektor/Koppler 146 bzw. 148. Die Lautsprechertreiber 142 und 144 sind,
wie in der Aufsicht der 12B zu
sehen ist, in den Ecken des Gehäuses 150 des
Fernsehers angeordnet. Bei einer Anordnung steht das Fernsehergehäuse 150 auf
einem Tisch, und die Kegelreflektoren/Koppler 146 und 148 werden
dazu verwendet, den Schall von den Treibern 142 und 144 an
den Tisch anzukoppeln. Wie bei den oben beschriebenen Tisch-Lautsprechersystemen kann
eine Vielzahl von Kegelprofilen verwendet werden, um die gewünschte Verteilung
zu erhalten. Bei einer Anordnung sind die Kegelreflektoren/Koppler 146, 148 270-Grad-Reflektoren
mit einem Profil, das den in den 6A und 6B gezeigten
Profilen ähnelt.
Bei einer solchen Ausführungsform
ist die Schallverteilung der eines Surround-Systems ähnlich,
wozu jedoch nicht die Zusatzlautsprecher des Surround-Systems erforderlich
sind. Durch die Verwendung von Zusatzlautsprechern kann jedoch die Tonqualität weiter
verbessert werden.
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Frequenzverhalten von Kegelreflektor/Koppler-Lautsprechersystemen
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Das
360-Grad-Strahlungsmuster der Kegelreflektor-Lautsprecher erfordert
einen anderen Frequenzausgleich als herkömmliche Lautsprecher. Zusätzlich zum
direkten Schall füllt
das 360-Grad-Strahlungsmuster einen Raum mit diffusem Schall, der
aus allen Richtungen kommt. Die am Ohr ankommende akustische Energie
ist ähnlich
der, die in großen
auditoriumartigen Konzertsälen
erfahren wird. Um einen flach "wahrgenommenen" Frequenzverlauf
zu erhalten, ist bei den 360-Grad-Lautsprechern auch in kleinen
Räumen
eine Ausgleichskurve erforderlich ist, die der von großen Auditorien
mit herkömmlichen Lautsprechern ähnlich ist.
Bei den meisten Lautsprechern ist der Großteil der abgestrahlten Energie
entlang der vorderen Achse konzentriert, und zu den Seiten und zur
Rückseite
wird wesentlich weniger Energie abgestrahlt. Bei herkömmlichen
Lautsprechern ergibt sich im Nahfeld (in dem der Direktschall über den
Echoschall dominiert) anerkannterweise der beste Ton, wenn der Frequenzverlauf
von 20 Hz bis 20 kHz auf ±1
dB flach ist. Im Fernfeld, in dem der Ton mehr vom Nachhall beherrscht
wird, ist jedoch eine andere Ausgleichskurve für den Frequenzverlauf erforderlich.
Psychoakustische Untersuchungen haben die "Hauskurve" bestätigt, die seit etwa 1930 in
großen
auditoriumartigen Kinosälen
und Konzertsälen
verwendet wird. Die "Hauskurve" zeigt einen Abfall
von 4 dB bis 6 dB pro Oktave bei den hohen Frequenzen, beginnend
in der Umgebung von 7000 Hz. Aus den gleichen Gründen fällt auch beim Dolby-System
die Frequenzkurve bei hohen Frequenzen in den hinteren Kanälen von
Heimtheateranordnungen ab. Für
das Ohr klingt dieses abfallende Verhalten im Fern- oder Nachhallfeldschall "flach". Der Grund dafür ist, daß in der
Nähe der
Lautsprecher der meiste Schall von den Ohren von vorne aufgenommen
wird, daß im
Fernfeld dagegen vom Ohr der aus allen Richtungen kommende Schall
aufintegriert wird und die Ohrmuschel oder das äußere Ohr das, was ein flaches
Frequenzverhalten war, zu etwas modifiziert, das so klingt, als
ab zu viel hohe Frequenzen vorhanden wären. Es ist dies eine Nebenwirkung der
natürlichen
Funktion der Ohrmuschel, Frequenzen in Abhängigkeit von der Richtung so
zu modifizieren, daß der
Ort der Schallquelle leichter festgestellt werden kann.
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Aus
diesen Gründen
weist in einer Ausführungsform
der Kegelreflektor-Lautsprecher ein definiert abfallendes Hochfrequenzverhalten
auf, damit vom Ohr ein flaches Frequenzverhalten "wahrgenommen" wird. Bei jedem
Kegelprofil ist das Hochfrequenzverhalten anders, es hängt davon
ab, wieviel Grad die Strahlung abdeckt. Der Hochfrequenzausgleich
kann durch die Konstruktion des Lautsprechertreibers erfolgen oder
durch einen akustischen Filter, einen passiven Filter oder einen
elektronischen aktiven Filter. In einer Ausführungsform wird im Hochfrequenzbereich
eine "Tonregelung" mit einer Kurve
vorgesehen, die der der "Hauskurve" ähnlich ist, so daß am Raumfrequenzausgleich
kleine Einstellungen vorgenommen werden können, um eine verschiedene
Raumakustik auszugleichen.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zwar anhand der bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben; der Fachmann weiß jedoch,
daß in
der Form und in den Details Änderungen
erfolgen können, ohne
vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den folgenden Patentansprüchen definiert
ist.